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hace 2 horas
Por primera vez se detectó luz proveniente de las ondas gravitacionales

Una nueva ventana para entender el universo

El hallazgo, anunciado ayer, revoluciona la manera como entendemos el espacio exterior. Los astrofísicos colombianos Claudia Gutiérrez y Santiago González participaron en la gran colaboración de científicos que llevó a cabo la investigación.

Ilustración de la colisión de estrellas de neutrones que produjo el evento de ondas gravitacionales observado por los telescopios LIGO y Virgo. / ESO, L. Calçada, M. Kornmesser

Hasta hace muy poco, casi todo lo que sabíamos sobre el universo en lugares a los que aún no podemos viajar lo habíamos aprendido observando la luz. Para observar la luz, ondas electromagnéticas que van desde los rayos gamma hasta las ondas de radio, incluyendo la pequeña franja de frecuencias que podemos ver con nuestros ojos, los humanos construimos sofisticados telescopios, algunos tan grandes como estadios de fútbol, algunos en el espacio para evitar la atenuación de la atmósfera de la Tierra.

Pero la luz no es la única forma de explorar el universo. Hace cien años, Albert Einstein predijo que el espacio y el tiempo pueden transmitir perturbaciones que se propagan por el universo, las ondas gravitacionales. Para observarlas, los astrofísicos construyeron LIGO y Virgo, tres sofisticados laboratorios ubicados en dos extremos de los Estados Unidos y en Italia. Estas instalaciones están diseñadas para medir desplazamientos de apenas 0,0000000000000000001 metros, la señal producida por el paso de una onda gravitacional. Tras casi un cuarto de siglo de esfuerzos, el 14 de septiembre de 2015, LIGO produjo la primera detección de ondas gravitacionales en la historia de la humanidad, el hallazgo que les valió el Premio Nobel de Física de este año a Rainer Weiss, Kip Thorne y Barry Barish, quienes lideraron el desarrollo estos laboratorios y representan a cientos de científicos, técnicos e ingenieros que hicieron posible su operación.

Hasta hoy se habían reportado cuatro observaciones de ondas gravitacionales. La cantidad de energía liberada en cada uno de estos eventos fue, por un instante, mayor a toda la energía emitida en forma de luz por todas las estrellas en todo el universo visible. Pero no podíamos localizar su fuente. En parte, porque LIGO necesitaba que su contraparte europea, Virgo, entrara en plena operación para determinar con precisión la ubicación de la fuente de las ondas gravitacionales. En parte, porque todos los eventos registrados corresponden a la colisión de agujeros negros, que no producen ninguna emisión electromagnética. Pero esta historia cambió el pasado 17 de agosto.

Ese día, a las 7:41:04 de la mañana en Colombia, una señal de ondas gravitaciones, más tarde designada como GW170817, fue detectada por el laboratorio de LIGO en el noroeste de los Estados Unidos. Un equipo de respuesta inmediata inspeccionó manualmente las observaciones de los tres detectores del sistema LIGO/Virgo. La señal en todos ellos era consistente con el gorjeo asociado a las detecciones de ondas gravitacionales, pero esta vez la señal no coincidía con la producida por dos hoyos negros girando uno al lado del otro antes de fusionarse. La señal provenía de dos estrellas de neutrones, remanentes resultantes del colapso de una estrella después de agotar el combustible en su núcleo, que sí producen ondas electromagnéticas. Las mediciones de LIGO y Virgo apenas permitían ubicar el evento en una zona del cielo tan grande como cientos de lunas llenas, en donde cualquiera de las millones de galaxias ubicadas allí podrían haber sido responsables.

Pero apenas dos segundos más tarde, los telescopios espaciales Fermi de la NASA e Integral de la ESA detectaron una ráfaga de rayos gamma, la designaron GRB170817A y la notificaron a través de la red de observatorios que hace seguimiento a este tipo de eventos desde telescopios en la superficie de la Tierra. Al caer la noche sobre el desierto de Chile, los telescopios del Observatorio Europeo Austral (ESO) en el cerro La Silla, el Observatorio Las Cumbres y el Observatorio Interamericano en el Cerro Tololo iniciaron la búsqueda.

El primero en avistar un nuevo punto de luz en el cielo fue el telescopio Swope, de apenas un metro de diámetro, en el Observatorio del cerro Las Campanas. Se trataba de un resplandor en la galaxia NGC4993, a 130 millones de años luz de la Tierra y en la dirección de la constelación de Hydra. Poco tiempo después Vista corroboró está detección en luz infrarroja, y mientras la noche caía sobre el océano Pacífico, los telescopios de los observatorios Pan-Starrs y Subaru en la isla de Hawaii, y hasta el telescopio espacial Hubble, observaron la evolución de lo que hoy se convierte en la primera detección de la luz que sucede a la emisión de ondas gravitacionales.

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Entre la gran colaboración de científicos responsables por este importante hallazgo se encuentran dos astrofísicos colombianos, la doctora Claudia Gutiérrez y el doctor Santiago González. Ambos son miembros de la colaboración Pessto (siglas en inglés del Public ESO Spectroscopic Survey for Transient Objects), que reporta el descubrimiento en un artículo liderado por Stephen Smartt (Queen's University Belfast, Reino Unido) y publicado en la revista Nature este lunes 16 de octubre.

Claudia Gutiérrez estudió Licenciatura de Matemática y Física en la Universidad de Antioquia. Impulsada en su trabajo con el profesor Alonso Sepúlveda Soto en una edición de su libro Los conceptos de la física y sus clases de relatividad, Claudia dio un salto a un doctorado en la Universidad de Chile bajo la dirección del profesor Mario Hamuy, miembro fundamental de la colaboración científica que descubrió la expansión acelerada del universo a través de la medición de supernovas. En el mismo equipo se encontraba Santiago González, físico de la Universidad de los Andes y doctor en Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Toronto, en Canadá, por sus estudios de las supernovas registradas en el sondeo continuo del cielo hecho por un telescopio robótico en Hawaii, el Supernova Legacy Survey.

Ambos estudian transientes, objetos en el cielo que cambian la cantidad de luz que emiten en cuestión de meses, semanas y hasta días. Ambos se especializan en las explosiones producidas por las estrellas cuando agotan su combustible, convirtiéndolas en ciertos casos en estrellas de neutrones o agujeros negros, las supernovas. Ambos se enteraron del evento con la primera alerta de la detección, cuando el análisis de las observaciones se realizaba en secreto.

“En ese momento aún no sabíamos nada más y la idea era hacer un barrido de las galaxias que están dentro de la región de mayor probabilidad del hallazgo de LIGO/Virgo, que corresponde a 54 galaxias observables desde el observatorio de La Silla”, cuenta González, que ahora es investigador del Instituto Superior Técnico de la Universidad de Lisboa, en Portugal. “Imagínese, saber algo que solo conocen un reducido grupo de personas, investigarlo, hacer un análisis, pero todo en secreto. Como en una película de espías”, dice Gutiérrez desde la Universidad de Southampton, en el Reino Unido, donde realiza su investigación postdoctoral.

“Al día siguiente sabíamos de la alerta de rayos gamma y otra observación en el óptico del telescopio Magallanes en Chile que coincidían con el de las ondas gravitacionales, y nos enfocamos a partir de ese momento en esa galaxia y su transiente. Estuve mirando mucho tiempo el primer espectro que observamos esa noche. No lo podía creer. Las siguientes noches me sorprendía ver la rápida evolución hacia el rojo y luego infrarrojo de este objeto, algo que nunca se había visto hasta ahora, pero que correspondía a la perfección con las predicciones teóricas de la fusión de dos estrellas de neutrones”, explica González. “A este evento lo llamamos kilonova. La radiación electromagnética (luz) es producida por el decaimiento de elementos muy pesados y dispersa al universo elementos como el oro y el platino”, complementa Gutiérrez.

Cuando les pregunto por el significado del descubrimiento, los dos coinciden en que es “una ventana completamente nueva que se abre para investigar y descubrir el universo”, pero sé que esas palabras no resumen la emoción ni la expectativa que deben sentir. Todos los días, los científicos nos despertamos esperando encontrar algo nuevo, intentando dar un paso hacia donde nunca nadie ha estado. Aquel día, Claudia y Santiago presenciaron en primera fila el comienzo de una nueva era de exploración para la humanidad.

*Astrofísico colombiano, Ph.D